技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓電源，并且更特別地涉及包括倍增器組件的高壓電源和制造具有倍增器組件的高壓電源的方法。

背景技術(shù)：

高壓電源已經(jīng)存在許多年。在一種類型的常規(guī)高壓電源中，多級(jí)電路拓?fù)洌ㄍǔ７Q為Cockroft Walton倍增器）用于提供大于供給電壓的輸出電壓。Cockroft Walton倍增器的最常使用的構(gòu)造包括通過二極管的極化集合橫向連接到第二串電容器的第一串電容器。二極管的取向確定串末端處的輸出極性。該倍增器電路拓?fù)浜芏鄷r(shí)候還根據(jù)多級(jí)來(lái)描述，每一級(jí)包括電容器對(duì)和二極管對(duì)。每一級(jí)可以連接到另一級(jí)以形成多級(jí)倍增器電路。

注入到倍增器電路的第一串電容器中的AC電壓源或脈沖DC電壓源可以使電荷以添加每一后續(xù)級(jí)的電壓的方式在每一個(gè)電容器中流動(dòng)。第二串或DC串的末端處的電壓逼近輸入電壓乘以倍增器中的級(jí)數(shù)的兩倍那么大。在該配置中，每一級(jí)中的部件，包括兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容器，可能經(jīng)受輸入電壓而非電源的總電壓輸出。因此，倍增器電路可以利用具有比否則如果它們經(jīng)受電源的總電壓輸出則將使用的更低的設(shè)計(jì)限制的標(biāo)準(zhǔn)部件。

該常規(guī)Cockroft Walton電源的實(shí)際示例被描繪在圖2中。如所示，由標(biāo)準(zhǔn)電子部件構(gòu)造12級(jí)倍增器，其中倍增器的每一級(jí)包括兩個(gè)15 kV二極管和兩個(gè)1000 pF、15 kV電容器。所描繪的電源組件近似9英寸長(zhǎng)。對(duì)經(jīng)包裝的變壓器進(jìn)行賦能以產(chǎn)生近似8.5 kVAC的供給電壓。利用該供給電壓，所描繪的電源可以利用額定電壓為15 kV或更小的個(gè)別部件生成近似100 kV的輸出電壓。

至少部分地由于Cockroft Walton電源生成大輸出電壓的能力，Cockroft Walton電源在這些年來(lái)已經(jīng)被用在許多應(yīng)用中。然而，該類型的倍增器電路不是沒有缺陷的。例如，取決于應(yīng)用，在電源中生成的過大電場(chǎng)可能造成離子化、功率損失、飛弧和擊穿或其組合。為了避免這些負(fù)面影響中的一個(gè)或多個(gè)，可以將常規(guī)Cockroft Walton電源（諸如圖2中描繪的那個(gè)）浸沒在絕緣液體或氣體中。絕緣液體或氣體可以防止由電源生成的大電場(chǎng)所引起的飛弧。

在Cockroft Walton電源的一些常規(guī)實(shí)施方式中，倍增器部件依賴于每一個(gè)部分從另一部分懸掛并且使用松散受控的機(jī)械附連技術(shù)而被松散地焊接在一起。在制作或使用期間部件的間隔中的變化可能造成性能中的變化和可能的故障。此外，這樣的常規(guī)倍增器的長(zhǎng)度和直徑很多時(shí)候與大外殼相關(guān)聯(lián)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于電源的倍增器組件。在一個(gè)實(shí)施例中，倍增器組件可以是電氣和機(jī)械耦合在一起以形成第一電容器串和第二電容器串的電容器和支撐元件的堆疊。每一個(gè)支撐元件可以電氣和機(jī)械連接第一電容器串中的相鄰串聯(lián)電容器。此外或可替換地，每一個(gè)支撐元件可以電氣和機(jī)械連接第二電容器串中的相鄰串聯(lián)電容器。

在一個(gè)實(shí)施例中，倍增器組件可以包括功率輸入、功率輸出、第一多個(gè)電容器和第二多個(gè)電容器。第一多個(gè)電容器可以電氣和機(jī)械耦合以形成第一電容器串，其可以連接到功率輸入。第二多個(gè)電容器可以電氣和機(jī)械耦合以形成第二電容器串，其可以連接到功率輸出。第一和第二電容器串可以限定倍增器組件的多個(gè)級(jí)。倍增器組件還可以包括多個(gè)支撐元件，其機(jī)械支撐第一和第二多個(gè)電容器使得多個(gè)級(jí)中的每一個(gè)包括來(lái)自多個(gè)支撐元件當(dāng)中的至少一個(gè)級(jí)支撐元件。至少一個(gè)級(jí)支撐元件可以電氣連接第一多個(gè)電容器中的至少兩個(gè)和第二多個(gè)電容器中的至少兩個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，潛在地直接耦合到功率輸入的倍增器組件的第一級(jí)可以包括第一級(jí)支撐元件，該第一級(jí)支撐元件電氣連接到第一多個(gè)中的第一電容器和第二多個(gè)中的第二電容器，使得第一級(jí)支撐元件不將來(lái)自相鄰級(jí)的電容器電氣連接到第一和第二電容器。潛在地直接耦合到功率輸出的倍增器組件的末級(jí)可以包括電氣連接到第一和第二多個(gè)中的電容器的附加支撐元件。附加支撐元件可以幫助終止第一和第二電容器串。

在一個(gè)實(shí)施例中，倍增器組件可以包括多個(gè)二極管，多個(gè)二極管中的每一個(gè)可以形成第一電容器串與第二電容器串之間的電氣連接的至少部分。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件的電容器連接端子可以相對(duì)于電容器的端子縮小尺寸。通過縮小電容器連接端子的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)支撐元件表面上的減小的場(chǎng)分布。

在一個(gè)實(shí)施例中，每一級(jí)可以包括至少兩個(gè)級(jí)支撐元件，其可能與彼此可分離。至少兩個(gè)級(jí)支撐元件中的第一個(gè)可以串聯(lián)電氣連接第一電容器串中的相鄰電容器，并且至少兩個(gè)級(jí)支撐元件中的第二個(gè)可以電氣連接第二電容器串中的相鄰電容器。在級(jí)支撐元件可分離的情況下，它們可以不共享襯底。因此，可以避免第一與第二級(jí)支撐元件之間的表面?zhèn)鲗?dǎo)。

在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件可以包括減少或最小化支撐元件的兩個(gè)部分之間的表面?zhèn)鲗?dǎo)的空間或傳導(dǎo)中斷部。例如，部分地由于倍增器組件的高壓特性，可以存在支撐元件的傳導(dǎo)特征和部分之間或其組合中所存在的可設(shè)計(jì)大小的電場(chǎng)差異。支撐元件的空間可以幫助防止通過支撐元件的傳導(dǎo)，通過支撐元件的傳導(dǎo)否則可能由大電場(chǎng)差異引起。

在一個(gè)實(shí)施例中，倍增器組件可以包括至少部分地圍繞多個(gè)支撐元件和電容器的電介質(zhì)。例如，在其中倍增器組件是柱體的實(shí)施例中，電介質(zhì)可以以其中可以布置倍增器組件的部件的管的形式。倍增器組件還可以包括沿組件的中心軸通過每一個(gè)支撐元件限定的空間布置的屏蔽物。

在一個(gè)方面中，一種制造倍增器組件的方法包括提供第一和第二多個(gè)電容器，以及堆疊多個(gè)支撐元件、第一多個(gè)電容器和第二多個(gè)電容器，使得第一多個(gè)電容器形成第一電容器串，并且第二多個(gè)電容器形成第二電容器串。在該堆疊內(nèi)，第一串的第一多個(gè)電容器中的每一個(gè)可以通過至少一個(gè)支撐元件電氣和機(jī)械連接到第一電容器串的相鄰電容器。并且，第二串的第二多個(gè)電容器中的每一個(gè)可以通過至少一個(gè)支撐元件電氣和機(jī)械連接到第二電容器串的相鄰電容器。

在一個(gè)方面中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的多級(jí)電源相比于常規(guī)高壓電源可以節(jié)省空間。例如，多級(jí)電源可以是具有類似輸入和輸出規(guī)范的常規(guī)電源的尺寸的分?jǐn)?shù)，并且如相比于這樣的常規(guī)供給而言可以消耗減少的量的功率。多級(jí)電源可以形成為創(chuàng)建機(jī)械和電氣魯棒的高壓電源。在一個(gè)實(shí)施例中，電源可以被用在各種應(yīng)用，包括例如X射線系統(tǒng)、粒子加速器、靜電凈化器、中子生成器、油井測(cè)錄、離子發(fā)生器、復(fù)印機(jī)和捕蚊器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源由于其相比于常規(guī)電源改進(jìn)的效率而可以使用電池來(lái)操作。

在一個(gè)方面中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的高壓電源可以比常規(guī)電源更小或更緊湊，并且可以提供改進(jìn)的機(jī)械和電氣性能。電源尺寸方面的大幅減小可以通過使用電路板、對(duì)準(zhǔn)引導(dǎo)、經(jīng)修改的商務(wù)部分和受控電氣/機(jī)械附連過程來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路階梯中的每一個(gè)電路臺(tái)階（或級(jí)）可以為了制造的簡(jiǎn)化和針對(duì)各種電壓修改階梯的簡(jiǎn)化而進(jìn)行劃分。依照一個(gè)實(shí)施例形成的階梯或倍增器組件可以控制電場(chǎng)以防止過量電氣應(yīng)力和飛弧，并且可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)可以機(jī)械和電氣穩(wěn)定的緊湊高壓電源的可重復(fù)制造。

本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將通過參照本實(shí)施例和附圖的描述而被更全面地理解和領(lǐng)會(huì)。

在詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例之前，要理解的是，本發(fā)明不受限于在以下描述中闡述或在附圖中圖示的部件的操作的細(xì)節(jié)或構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可以被實(shí)施在各種其它實(shí)施例中并且以本文沒有明確公開的可替換方式被實(shí)踐或?qū)嵭?。而且，要理解的是，本文所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)出于描述的目的，并且不應(yīng)當(dāng)被視為限制?！鞍焙汀鞍ā奔捌渥冃偷氖褂靡庵负w此后列舉的項(xiàng)及其等同物以及附加項(xiàng)及其等同物。另外，可以在各種實(shí)施例的描述中使用枚舉。除非以其它方式明確陳述，否則枚舉的使用不應(yīng)當(dāng)解釋為將本發(fā)明限制到部件的任何具體次序或數(shù)目。也不應(yīng)當(dāng)將枚舉的使用解釋為從本發(fā)明的范圍排除可能與所枚舉的步驟或部件組合或組合到所枚舉的步驟或部件中的任何附加步驟或部件。

附圖說明

圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源的示意性表示。

圖2示出包括Cockroft Walton倍增器的常規(guī)電源。

圖3示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的13級(jí)倍增器組件。

圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的3級(jí)倍增器組件。

圖5示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的支撐元件。

圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的處于經(jīng)修改和未經(jīng)修改狀態(tài)中的各種電容器。

圖7示出傍靠常規(guī)Cockroft Walton倍增器的根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的3級(jí)倍增器組件。

圖8是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源的反饋與輸出電壓之間的相關(guān)性的圖。

圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的制造倍增器組件的方法。

圖10示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于與制造倍增器組件結(jié)合使用的制造夾具。

圖11示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的10級(jí)倍增器組件。

具體實(shí)施方式

依照本發(fā)明的實(shí)施例的電源被示出在圖1、3和4中，并且一般地被指定為100。在一個(gè)實(shí)施例中，電源100可以包括根據(jù)Cockroft Walton倍增器的具有多個(gè)級(jí)50的倍增器組件80。倍增器80的一個(gè)或多個(gè)級(jí)50可以包括連接成形成兩個(gè)電容器串102,104和二極管串101的電容器20,22和二極管30,32。倍增器組件80的每一級(jí)50還可以包括配置成電氣和機(jī)械耦合倍增器組件80的部件的至少一個(gè)支撐元件10。例如，支撐元件10可以由將每一個(gè)相應(yīng)級(jí)50的一個(gè)或多個(gè)部件電氣和機(jī)械耦合到相鄰級(jí)50的一個(gè)或多個(gè)部件的電路板形成。級(jí)50可以布置在堆疊配置中以形成倍增器電路。例如，每一個(gè)電容器串102,104的電容器可以與其間的多個(gè)相應(yīng)支撐元件10一起被堆疊。換言之，電容器串102,104中的每一個(gè)電容器20,22可以通過支撐元件10電氣和機(jī)械耦合到相應(yīng)串中的相鄰電容器。

通過與每一級(jí)50結(jié)合地利用一個(gè)或多個(gè)支撐元件10，可以形成級(jí)50的堆疊。以此方式，包括根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的倍增器組件80的電源100可以實(shí)現(xiàn)相比于常規(guī)電源的空間方面的顯著減小。例如，如可以在圖3中看到的，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的倍增器組件80包括13個(gè)級(jí)，并且近似2.5英寸長(zhǎng)，并且在10 μA處能夠產(chǎn)生大于100 kV。電容器20,22和二極管30,32在該示例中的額定電壓為15 kV。在該示例中，包括倍增器80的電源100可以產(chǎn)生大約1 W并且可以消耗大約2 W。該功率量可以由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)D單元電池在近似8小時(shí)內(nèi)提供。倍增器組件80在所圖示的實(shí)施例中還在尺寸方面與一角硬幣相當(dāng)。相比之下，圖2中描繪的常規(guī)電源包括12個(gè)級(jí)，并且近似9.5英寸長(zhǎng)。圖7還描繪了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的倍增器組件80，如相比于具有12個(gè)級(jí)的常規(guī)倍增器，倍增器組件80具有3個(gè)級(jí)。

如圖1、3和4的所圖示的實(shí)施例中所示，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源100可以包括多個(gè)級(jí)50以形成倍增器組件80或功率堆疊。倍增器組件80的每一級(jí)50可以包括至少兩個(gè)電容器20,22和至少兩個(gè)二極管30,32。每一級(jí)50中的電容器和二極管，如本文所提到的，可以電氣和機(jī)械耦合到相鄰級(jí)50以形成通過二極管的極化集合橫向連接到第二串104電容器的第一串102電容器。在該配置中，第二串104末端處的輸出電壓108可以是功率輸入106的電壓乘以電源100中的級(jí)50的數(shù)目的大約兩倍。

在圖3和4的所圖示的實(shí)施例中，倍增器組件80的每一個(gè)倍增器級(jí)50可以包括至少一個(gè)支撐元件10。每一個(gè)倍增器級(jí)50的支撐元件10可以配置成使得每一個(gè)倍增器級(jí)50電氣和機(jī)械耦合到相鄰倍增器級(jí)50。換句話說，每一個(gè)倍增器級(jí)50的支撐元件10可以電氣和機(jī)械耦合第一電容器串102的相鄰電容器20，并且可以電氣和機(jī)械耦合第二電容器串104的相鄰電容器22。如本文將結(jié)合圖6描述的，電容器可以是具有相對(duì)端側(cè)624,626的盤形形狀的。電容器的端側(cè)624,626可以被堆疊在一起以形成第一和第二電容器串102,104，其中支撐元件10在端子624,626的每一個(gè)電氣連接集合之間。

以此方式，多個(gè)倍增器級(jí)50可以被堆疊在一起以形成倍增器組件80。在圖3的所圖示的實(shí)施例中，倍增器組件80包括堆疊在彼此頂部上的多個(gè)倍增器級(jí)50。例如，根據(jù)圖1中圖示的倍增器電路拓?fù)?，倍增器?jí)50的每一個(gè)電容器20,22和二極管30,32可以經(jīng)由相應(yīng)支撐元件10電氣耦合到彼此。此外，根據(jù)倍增器電路拓?fù)洌恳粋€(gè)倍增器級(jí)50的相應(yīng)支撐元件10可以使得相鄰倍增器級(jí)電氣耦合到電容器20,22和二極管30,32。如圖4中所示，三個(gè)倍增器級(jí)50或倍增器段被示出有二極管末端上的軸向引線，并且其中出于圖示目的一些部件是透明的。倍增器組件80可以包括布置在末端90處的附加終端支撐元件10以在末端90處提供針對(duì)倍增器級(jí)50的支撐。出于公開的目的，與末端90相對(duì)的末端60處的倍增器級(jí)50被示出沒有終端支撐元件，但是可以包括終端支撐元件以促進(jìn)第一與第二電容器串之間的電氣連接。在所圖示的實(shí)施例中，靠近末端60的級(jí)50的電容器20可以連接到功率輸入106，并且靠近末端60的級(jí)50的電容器22可以連接到地。并且，布置在末端90處的附加終端支撐元件可以提供第二電容器串與功率輸出108之間的電氣連接。

在圖4的所圖示的實(shí)施例中，支撐元件10是電路板，并且根據(jù)圖1的電路拓?fù)鋵㈦娙萜?0,22和二極管30,32焊接到電路板。如所示，電路板包括使得能夠?qū)崿F(xiàn)到電容器20,22和二極管30,32的電氣連接的焊盤和導(dǎo)電跡線。電路板可以包括兩側(cè)上的焊盤和導(dǎo)電跡線，從而使得能夠?qū)崿F(xiàn)到相鄰倍增器級(jí)50的部件（諸如相鄰倍增器級(jí)50的電容器20,22和二極管30,32）的電氣連接。在一個(gè)實(shí)施例中，使用額定電壓15 kV的部件和類似于圖6中描繪的那些的盤式電容器，倍增器組件80的每一個(gè)倍增器級(jí)50可以在總體高度方面為近似5 mm。應(yīng)當(dāng)理解的是，每一個(gè)倍增器級(jí)50的總體高度可以取決于規(guī)范和部件而隨應(yīng)用的不同來(lái)變化。

在圖11中描繪的可替換的實(shí)施例中，倍增器組件180可以類似于結(jié)合圖1、3和4的所圖示的實(shí)施例描述的倍增器組件80，具有若干例外。倍增器組件180可以包括類似于倍增器組件80的級(jí)50和支撐元件10的多個(gè)級(jí)150和多個(gè)支撐元件110。在圖11的所圖示的實(shí)施例中，倍增器組件180的每一級(jí)150可以包括多個(gè)電容器120a-c，122a-c。多個(gè)電容器120a-c，122a-c可以以類似于倍增器組件80的電容器20,22的方式連接以形成第一和第二電容器串。倍增器組件180還可以包括多個(gè)二極管130,132，其電氣連接以形成第一與第二電容器串之間的電氣連接的至少部分。出于公開的目的，倍增器組件180的末級(jí)160被示出沒有終止支撐元件。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，支撐元件或終止支撐元件可以電氣連接到電容器120a-c，122a-c和二極管132以提供機(jī)械支撐和電氣連接以提供功率輸入。特別地，末級(jí)160的電容器120a-c可以形成輸入功率連接到的第一串中的第一段，并且末級(jí)160的電容器122a-c可以形成地連接到的第二串中的第一段。功率輸出可以連接到靠近輸出末級(jí)190的第二串的尾段。

在所圖示的實(shí)施例中，倍增器組件的每一級(jí)150可以包括并聯(lián)連接以形成第一串的段的多個(gè)電容器120a-c，以及并聯(lián)連接以形成第二串的段的多個(gè)電容器122a-c。一個(gè)或多個(gè)支撐元件110可以配置成與相鄰級(jí)中的多個(gè)電容器并聯(lián)和串聯(lián)地電氣連接多個(gè)電容器120a-c，如本文結(jié)合圖1和3-5的所圖示的實(shí)施例所描述的那樣。通過利用用于級(jí)150中的電容器串的每一段的多個(gè)電容器，一些配置可以實(shí)現(xiàn)用于每一段的較大電容。圖11中的倍增器組件180是10級(jí)倍增器，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用更多或更少級(jí)。

現(xiàn)在將結(jié)合圖5更加詳細(xì)地描述支撐元件10。如以上提到的，支撐元件10可以能夠根據(jù)圖1的電路拓?fù)潆姎膺B接電容器和二極管。支撐元件10可以包括其上可以布置導(dǎo)電特征的襯底11。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電特征可以層壓到襯底11。作為示例，襯底11可以由耐熱、耐受高壓的材料（諸如聚酰胺）形成，并且導(dǎo)電特征可以由每平方英尺2盎司銅（近似2.8密耳厚度）形成。導(dǎo)電特征可以形成在襯底11的兩側(cè)上，并且可以包括用于相應(yīng)電容器對(duì)20,22的電容器焊盤12a-b和具有用于焊接二極管30,32的引線的過孔的二極管焊盤14a-d。

支撐元件10的相對(duì)側(cè)上的導(dǎo)電特征可以反映圖5的所圖示的實(shí)施例中示出的導(dǎo)電特征。支撐元件10的相對(duì)側(cè)上的導(dǎo)電特征可以經(jīng)由焊接到襯底11的兩側(cè)的二極管引線或者通過與一個(gè)或多個(gè)二極管焊盤14a-b相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電過孔通孔電氣耦合到彼此。以此方式，相鄰倍增器級(jí)的電容器20,22可以焊接到支撐元件10，并且根據(jù)圖1中所示的倍增器電路拓?fù)潆姎膺B接到倍增器級(jí)50的部件。此外，相鄰倍增器級(jí)的一個(gè)二極管可以焊接到支撐元件10使得二極管電氣連接到倍增器級(jí)50的至少一個(gè)電容器20,22和至少一個(gè)二極管30,32。

在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件10的電容器焊盤12a-b可以相對(duì)于每一個(gè)電容器20,22的末端板縮小尺寸。例如，在具有盤形形狀電容器20,22的配置中，每一個(gè)具有圓形末端板或端子，用于連接到每一個(gè)相應(yīng)電容器20,22的電容器焊盤12a-b的直徑可以小于每一個(gè)電容器20,22的端子的直徑。通過相對(duì)于電容器20,22的端子縮小電容器焊盤12a-b的尺寸，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，支撐元件10可以在端子或電容器板的周界內(nèi)實(shí)現(xiàn)襯底10表面上的減小的場(chǎng)分布。這樣的減小的場(chǎng)分布可以幫助防止沿襯底10表面的表面電流損失或飛弧。

在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件10可以包括物理分離支撐元件10的部分的一個(gè)或多個(gè)空間16a-e或槽?？臻g16a-e可以形成對(duì)支撐元件10上的表面?zhèn)鲗?dǎo)的電氣阻擋物?？缰卧?0表面的電壓可以是大約10 kV或更高。通過在襯底中形成一個(gè)或多個(gè)空間16a-e，可以避免兩個(gè)部件或?qū)щ娞卣髦g的飛弧或電弧。在圖5的所圖示的實(shí)施例中，空間16a-e可以分別位于二極管焊盤14a-d附近以形成每一個(gè)相應(yīng)二極管焊盤14a-d與另一個(gè)接近的二極管焊盤14a-d之間的電氣中斷部。此外，空間16e可以位于電容器焊盤12a-b之間以形成其間的電氣中斷部。在一個(gè)實(shí)施例中，空間16a-e的寬度可以從0.025到0.040英寸的范圍。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，空間16a-e的寬度和尺寸可以取決于規(guī)范和部件而隨應(yīng)用的不同來(lái)變化。

支撐元件10可以包括促進(jìn)制造期間的裝配的一個(gè)或多個(gè)孔17a-b。定位銷或桿（未示出）可以插入到孔17a-b中以幫助對(duì)準(zhǔn)每一個(gè)倍增器級(jí)50的電容器20,22和二極管30,32。一旦已經(jīng)焊接了倍增器組件80，可以移除定位銷或桿。在圖5的所圖示的實(shí)施例中，孔17a-b還可以用來(lái)于形成襯底11中的電氣中斷部，其類似于導(dǎo)電特征之間的空間16e，從而潛在地避免飛弧或電弧的發(fā)生。

在可替換的實(shí)施例中，倍增器組件80的每一級(jí)50可以包括多個(gè)支撐元件10。級(jí)50的每一個(gè)電容器20,22可以電氣和機(jī)械耦合到分離的支撐元件。例如，支撐元件10可以包括（a）在電容器20與相鄰級(jí)的電容器之間可定位的第一金屬板，以及（b）在電容器22與相鄰級(jí)的另一電容器之間可定位的第二金屬板。換言之，第一電容器串102中的電容器20經(jīng)由與用于耦合第二電容器串104中的電容器22的支撐元件10分離的支撐元件10耦合在一起。在該實(shí)施例中，支撐元件10可以包括用于根據(jù)圖1的倍增器電路拓?fù)潆姎夂蜋C(jī)械連接到二極管30,32的接觸件。通過使用分離的支撐元件10用于每一級(jí)50的電容器20,22，可以基本上避免或消除表面導(dǎo)電路徑，諸如在使用電路板的實(shí)施例中潛在可用的那些。

如圖3和4中所描繪的，倍增器組件80可以布置在具有圓形支撐元件10的一般柱體組件中。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，支撐元件10和倍增器組件80的形狀和構(gòu)造可以取決于設(shè)計(jì)參數(shù)而隨應(yīng)用的不同來(lái)變化。

在一個(gè)實(shí)施例中，倍增器組件80可以被電介質(zhì)40至少部分地圍繞。圖3的所圖示的實(shí)施例中的電介質(zhì)40是能夠機(jī)械穩(wěn)定倍增器組件80的柱體結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)還可以能夠穩(wěn)定電場(chǎng)并且減少倍增器組件80的電暈。作為示例，電介質(zhì)40可以由二氧化硅或能夠提供適合于倍增器組件80的應(yīng)用和所期望的輸入/輸出特性的介電特性的任何其它材料形成。通過在電源100中包括電介質(zhì)40，倍增器組件80可以被緊湊地封裝在接地結(jié)構(gòu)（未示出）諸如至少部分地圍繞電介質(zhì)40的接地同軸柱體內(nèi)部。

在一個(gè)實(shí)施例中，倍增器組件80還可以包括沿倍增器組件80的長(zhǎng)度和在每一級(jí)50的電容器20,22之間布置的屏蔽物82或絕緣條。在所圖示的實(shí)施例中，通過形成在支撐元件10中的空間16e（圖5）沿倍增器組件80的主軸布置屏蔽物82。屏蔽物82可以操作為內(nèi)部電暈屏蔽物。例如，以Teflon?條的形式的屏蔽物82可以減少或最小化電暈放電。減少或最小化電暈放電可以避免電能的部分放電。

屏蔽物82和電介質(zhì)40中的至少一個(gè)可以浮置（floated）或電氣隔離，或者被電氣驅(qū)動(dòng)以潛在地實(shí)現(xiàn)倍增器組件80的減小的AC負(fù)載，從而潛在地使得能夠?qū)崿F(xiàn)高效操作。倍增器組件80的有效DC電容是每一串的串聯(lián)電容加上到周圍環(huán)境的寄生電容的大約兩倍。例如，在包括電容器串102,104中的每一個(gè)中的1000 pF電容器以形成10級(jí)倍增器的倍增器組件80中，倍增器組件80的電容可以是200 pF。

為了防止擊穿，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，倍增器80的至少部分可以在諸如高場(chǎng)強(qiáng)度介電介質(zhì)之類的介電介質(zhì)（未示出）中操作。這樣的介質(zhì)的示例包括介電環(huán)氧樹脂和其它灌注混合物、介電流體（例如全氟三丁胺）和介電氣體。在一些固體和液體電介質(zhì)中，氣泡和長(zhǎng)期介電降級(jí)的存在可能限制電介質(zhì)的有用性。氣體電介質(zhì)可以對(duì)這些影響較不敏感。例如，以5-10個(gè)大氣壓或5-10巴的六氟化硫（SF6）可以具有大約1000 V/mil的擊穿強(qiáng)度和低介電常數(shù)（大約為1）。如果電暈被減少或最小化（例如通過圓形形狀、高場(chǎng)點(diǎn)），則可以改進(jìn)在該環(huán)境中的SF6的有用壽命。在一個(gè)實(shí)施例中，圓形形狀、高場(chǎng)點(diǎn)可以通過使用焊接技術(shù)來(lái)產(chǎn)生平滑、圓化表面來(lái)實(shí)現(xiàn)。平滑、圓化表面可以與比不太平滑或圓化或二者的表面更低的最大電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例能夠用在電源中的各種電容器被描繪在圖6中。結(jié)合圖1,3和4的所圖示的實(shí)施例描述的電容器20,22可以類似于圖6中描繪的一個(gè)或多個(gè)電容器。如本文所提到的，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電源100可以利用商業(yè)上可得到的標(biāo)準(zhǔn)部件。例如，環(huán)氧樹脂涂敷的盤式電容器可以取決于應(yīng)用而包括適合的特性，諸如電容和電壓額定。圖6圖示了電容范圍從1000 pF到150 pF的環(huán)氧樹脂涂敷的盤式電容器620,630,640,650。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造電源100的方法可以包括剝掉電容器的環(huán)氧樹脂涂層以及移除引線以獲得具有能夠焊接到支撐元件10的端子的盤式電容器。圖6描繪了電容器對(duì)，一個(gè)具有環(huán)氧樹脂涂層620,630,640,650并且另一個(gè)被剝掉其涂層622,632,642,652。在該實(shí)施例中，電容器的環(huán)氧樹脂涂層可以使用熱風(fēng)槍和受熱鑿刀中的至少一個(gè)來(lái)剝掉。并且，引線可以利用烙鐵或熱風(fēng)槍來(lái)移除。為了制備要焊接到支撐元件10的盤式電容器622,632,642,652，端子表面624,626,634,636,644,646,654,656可以通過在受熱板上粗略摩擦來(lái)平面化。平面化可以移除端子表面624,626,634,636,644,646,654,656中的不整齊。盤式電容器622,632,642,652可以在該過程之后進(jìn)行清潔和檢查以確認(rèn)它們適合于使用。應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管結(jié)合圖6示出和描述了不同電容值的電容器，但是在一個(gè)實(shí)施例中，電源100可以合并多個(gè)類似類型的電容器，包括具有相同標(biāo)記電容值和電壓額定的電容器。在制造電源100中，剝掉環(huán)氧樹脂涂層并且制備用于焊接到支撐元件10的電容器可以被涂敷有助熔劑并且與支撐元件10和二極管一起被堆疊以用于回流焊接。

轉(zhuǎn)向圖1的圖示的實(shí)施例，電源100可以包括能夠提供注入到倍增器組件80中的功率輸入106（諸如第一串102的功率輸入）的AC電壓源或脈沖DC電壓源的功率源60。在一個(gè)實(shí)施例中，功率源60可以包括高壓提升變壓器62，該變壓器62包括初級(jí)（或初級(jí)線圈）和次級(jí)（或次級(jí)線圈），其配置成響應(yīng)于從驅(qū)動(dòng)器電路64提供到初級(jí)的輸入驅(qū)動(dòng)而激勵(lì)功率輸入106。作為示例，驅(qū)動(dòng)器電路64可以是能夠向初級(jí)提供輸入驅(qū)動(dòng)以將功率耦合到次級(jí)從而激勵(lì)功率輸入106的振蕩器電路。

電源100可以包括能夠向功率源60提供反饋的反饋電路70，功率源60可以利用反饋來(lái)控制或影響功率輸出108的輸出。提供到功率源60的反饋可以指示電源100的一個(gè)或多個(gè)操作特性，諸如電壓電平或幅度、電流電平或幅度和相位中的至少一個(gè)。電源100的一個(gè)或多個(gè)操作特性可以被提供到功率源60并且由功率源60用作調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)以影響操作的基礎(chǔ)。

例如，在利用驅(qū)動(dòng)器電路64的實(shí)施例中，功率源60可以包括配置成基于來(lái)自反饋電路70的反饋而調(diào)節(jié)或變化輸入驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的控制電路。一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可以包括以下中的至少一個(gè)：操作頻率、電壓電平、相位和占空比。通過基于反饋控制輸入驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，功率源60可以控制或影響以下中的至少一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)特性：（a）從次級(jí)提供到功率輸入106的激勵(lì)信號(hào)，以及（b）倍增器組件80的功率輸出108。例如，驅(qū)動(dòng)電路64可以控制或影響從次級(jí)提供到功率輸入106的激勵(lì)信號(hào)的頻率和幅度。改變提供到功率輸入106的信號(hào)可以影響來(lái)自倍增器組件80的功率輸出108。

在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路64可以生成和向功率輸入106提供具有諧波的激勵(lì)信號(hào)，諧波具有適當(dāng)?shù)姆纫詮谋对銎鹘M件80的功率輸出108產(chǎn)生所期望的輸出電壓。驅(qū)動(dòng)器電路64可以利用調(diào)制脈沖寬度（MPW）驅(qū)動(dòng)，其中控制脈沖的占空因數(shù)以從功率輸出108產(chǎn)生所期望的輸出電壓?？梢曰陔娫?00中的反饋（諸如基于指示來(lái)自功率輸出108的輸出電壓的輸入信號(hào)）或者通過監(jiān)視高壓提升變壓器62的初級(jí)線圈能量來(lái)控制MPW。通過調(diào)節(jié)或控制與組合電源和負(fù)載的諧振相稱的脈沖周期性，功率源60可以影響功率輸出108的效率和輸出電壓中的至少一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過控制MPW，驅(qū)動(dòng)器電路64可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)優(yōu)化的效率和輸出電壓。

盡管結(jié)合集成控制電路描述驅(qū)動(dòng)器電路64，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，控制電路可以與驅(qū)動(dòng)器電路64分離。例如，控制電路可以分離地耦合到電源100的驅(qū)動(dòng)器電路64和反饋電路70，并且可以引導(dǎo)或命令驅(qū)動(dòng)器電路64基于來(lái)自反饋電路70的反饋實(shí)現(xiàn)所期望的輸出電壓。

反饋電路70可以以各種方式配置成向功率源60提供反饋，如本文所描述的那樣。在一個(gè)實(shí)施例中，反饋電路70可以配置成通過經(jīng)由高壓電阻器直接監(jiān)視一個(gè)較低電壓級(jí)的電壓輸出來(lái)間接監(jiān)視來(lái)自功率輸出108的電壓輸出。例如，高壓電阻器可以電氣連接到除功率輸出108連接在其處的最后一級(jí)50之外的一個(gè)級(jí)50，包括例如比功率輸出108更靠近功率輸入106的級(jí)50。在一個(gè)實(shí)施例中，反饋電路70可以包括布置在圍繞多個(gè)級(jí)50的介電柱體上的電阻條。例如，電阻條可以由布置在介電柱體上的連續(xù)電阻涂層形成，并且可以將功率輸出108連接到地。作為另一示例，電阻條可以形成將功率輸出108連接到地的螺旋電阻條涂層。與電阻條相關(guān)聯(lián)的電流或電壓或二者可以指示功率輸出108的電壓電平，使得通過感測(cè)電流或電壓或二者，反饋電路70可以允許控制電路控制或影響功率輸出108。

在一個(gè)實(shí)施例中，反饋電路70可以包括耦合到變壓器的初級(jí)的拾取繞組。拾取繞組可以提供指示功率輸出108的初級(jí)線圈能量和電壓電平的輸出。反饋電路70可以包括調(diào)節(jié)電路和處理電路中的至少一個(gè)以將來(lái)自拾取繞組的輸出校準(zhǔn)到功率輸出108的電壓電平。如例如在圖8中所示，可以存在（a）耦合到初級(jí)線圈的拾取繞組的電壓電平與（b）功率輸出108的電壓電平之間的一般線性關(guān)系。在該示例中，通過監(jiān)視通過用于校準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)電阻負(fù)載（諸如100GΩ電阻器或10GΩ電阻器）的電流來(lái)確定功率輸出108的電壓電平。通過利用功率輸出108的電壓電平校準(zhǔn)反饋電路70，反饋電路70可以利用較低壓部件而不是高壓部件，諸如100GΩ校準(zhǔn)電阻器。此外，通過間接獲得反饋，反饋電路70可以潛在地避免負(fù)面地影響功率輸出108。

制造用于安裝在電源中的倍增器組件的方法被示出在圖9中，并且一般地被指定為1000。出于公開的目的，結(jié)合使用根據(jù)圖10的所圖示的實(shí)施例的夾具200制造倍增器組件180來(lái)描述方法1000。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，倍增器組件可以根據(jù)本文所描述的另一實(shí)施例來(lái)制造，并且可以包括比所描述的那些更多或更少的特征。

在圖10的所圖示的實(shí)施例中，夾具200包括能夠促進(jìn)倍增器組件180的裝配的各種特征。夾具200可以包括壓縮特征，諸如螺紋桿204、彈簧206、推板208和滾珠210，其能夠一起壓縮或支持倍增器組件180的部件以用于回流焊接。如本文所提到的，諸如對(duì)準(zhǔn)桿208之類的對(duì)準(zhǔn)桿可以由支撐元件110接收以幫助堆疊倍增器組件180。出口212,214可以布置在夾具200的區(qū)域中以引導(dǎo)合成氣體，諸如包括96%氮?dú)夂?%氫氣的氣體，以凈化倍增器組件180并且防止回流焊接期間的氧化。熱電偶（未示出）可以布置在可以共享出口端口的熱電偶端口216中，以在回流焊接期間監(jiān)視倍增器組件180的溫度。

使用夾具200制造倍增器組件的方法1000可以包括以下步驟：提供第一多個(gè)電容器和第二多個(gè)電容器。步驟1002。方法還可以包括堆疊多個(gè)支撐元件110、第一多個(gè)電容器120a-c和第二多個(gè)電容器122a-c。步驟1004?？梢岳弥竸┒询B電容器120a-c，122a-c在支撐元件110上，支撐元件110可以被放置在對(duì)準(zhǔn)桿208上以促進(jìn)倍增器組件180的布置。第一多個(gè)電容器120a-c可以形成第一電容器串，并且第二多個(gè)電容器122a-c可以形成第二電容器串。在倍增器堆疊180內(nèi)，形成級(jí)150的部分的第一串的每一段中的電容器120a-c可以通過至少一個(gè)支撐元件110電氣和機(jī)械連接到相鄰級(jí)中的第一電容器串的電容器。并且，形成級(jí)150的部分的第二串的每一段中的電容器122a-c可以通過至少一個(gè)支撐元件110電氣和機(jī)械連接到相鄰級(jí)中的第二電容器串的電容器。夾具200的壓縮特征可以施加壓縮力，諸如近似10-30lbs的力，以壓縮倍增器組件180使得倍增器組件180在回流過程期間保持在堆疊布置中。步驟1008。

夾具200可以被放置在以諸如260℃之類的適合溫度的強(qiáng)迫通風(fēng)烘箱中。當(dāng)由熱電偶指示的內(nèi)部溫度足以導(dǎo)致回流（例如對(duì)于錫-銀-銅焊料（SAC），230-240℃之間的溫度）時(shí)，可以從烘箱移除組件，并且允許組件冷卻，同時(shí)通過夾具200供給合成氣體。步驟1010。

如以上提到的，方法可以包括堆疊多個(gè)支撐元件110、第一多個(gè)電容器120a-c、第二多個(gè)電容器122a-c和多個(gè)二極管130,132。二極管130,132中的每一個(gè)可以電氣連接以形成第一電容器串與第二電容器串之間的電氣連接的至少部分?？梢栽诨亓鬟^程之后單獨(dú)焊接二極管130,132。步驟1012?？商鎿Q地，可以在回流之前插入二極管130,132。倍增器組件180可以在助焊劑去除劑和其它適合的溶劑中通過超聲降解來(lái)清洗。步驟1014。

為了促進(jìn)堆疊倍增器組件的部件，可以利用桿或定位銷，如以上提到的那樣。例如，由支撐元件110限定的空間或孔可以接收定位銷208使得可以在制造期間沿定位銷208堆疊支撐元件110?？梢栽谏院笠瞥ㄎ讳N，如果期望的話，包括例如在回流焊接組件之后。

如本文所描述的，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，倍增器組件包括電介質(zhì)140，諸如Teflon?或玻璃。電介質(zhì)140可以繞倍增器堆疊組件或者在倍增器堆疊內(nèi)或二者，沿其中心軸布置。步驟1006。例如，電介質(zhì)可以是部分地圍繞倍增器組件的部件的柱體管。此外或可替換地，介電屏蔽物可以通過每一個(gè)支撐元件中的空間布置使得屏蔽物布置在兩個(gè)電容器串之間。出于公開的目的，結(jié)合倍增器組件中的電介質(zhì)來(lái)描述方法1000。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以不包括電介質(zhì)，如圖9中的虛線所指示的那樣。

諸如“豎直”、“水平”、“頂部”、“底部”、“上部”、“下部”、“內(nèi)部”、“向內(nèi)”、“外部”和“向外”之類的方向術(shù)語(yǔ)用于幫助基于圖示中所示的實(shí)施例的取向來(lái)描述本發(fā)明。方向術(shù)語(yǔ)的使用不應(yīng)當(dāng)被解釋為將本發(fā)明限制到任何（一個(gè)或多個(gè)）具體取向。

以上描述是本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例的描述。在不脫離于如隨附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和較寬方面的情況下，可以做出各種更改和改變，隨附權(quán)利要求要依照包括等同原則的專利法的原理來(lái)解釋。本公開出于說明性目的而呈現(xiàn)并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為本發(fā)明的所有實(shí)施例的詳盡描述或者將權(quán)利要求的范圍限制到結(jié)合這些實(shí)施例說明或描述的具體元素。例如，并且沒有限制地，所描述的發(fā)明的任何（一個(gè)或多個(gè)）單獨(dú)元素可以由提供基本上類似的功能或以其它方式提供等同操作的可替換元素取代。這包括例如，目前已知的可替換元素，諸如可能當(dāng)前對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那些，以及可能在將來(lái)開發(fā)的可替換元素，諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員可能在發(fā)展后識(shí)別為可替換物的那些。另外，所公開的實(shí)施例包括一致描述并且可能協(xié)作地提供益處集合的多個(gè)特征。除了在所發(fā)布的權(quán)利要求中以其它方式明確闡述的程度，本發(fā)明不僅限于包括所有這些特征或者提供所有所陳述的益處的那些實(shí)施例。例如使用冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”或“所述”以單數(shù)對(duì)權(quán)利要求元素的任何引用不要被解釋為將元素限制為單數(shù)。

在其中要求保護(hù)獨(dú)占所有權(quán)或特權(quán)的本發(fā)明的實(shí)施例按如下限定。